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【原创】氢时代肖森林:氢能重卡港口应用探索与实践
氢时代 文章来源自:高工氢电网
2021-12-22 10:10:12 阅读:5355
摘要氢能重卡港口运营在突破加氢站难题的同时,还要应对复杂的路面环境和严苛的盐雾气候条件,这些都对燃料电池系统提出了更高的要求。
“氢能重卡港口运营在突破加氢站难题的同时,还要应对复杂的路面环境和严苛的盐雾气候条件,这些都对燃料电池系统提出了更高的要求。”在2021高工氢电年会的系统与BOP专场,氢时代技术总监肖森林博士发表演讲时表示。

 
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作为一家以氢燃料电池发动机与核心零部件的研发、设计、集成、应用和工程技术服务为主的国家高新技术企业,深圳氢时代新能源科技有限公司(下称“氢时代”)主要专注应用于中、重型商用车领域的燃料电池系统,致力于打造“氢能绿色零碳港口”和“港口重卡应用标杆”。
 
肖森林先解释了氢时代的LOGO的含义,由三个“7”组合而成,同时也衍生出来公司的三个7年计划,他重点介绍了公司的第一个7年的战略计划。
 
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肖森林表示,氢时代坚信能够实现第一个7年计划重点要素在于公司的三个专注,第一个是专注于一款大功率发动机不断进行技术迭代升级;第二个是专注于一款重卡牵引车的应用;第三个是专注于码头内和码头外半径十公里范围的运营场景。

港口氢车示范运营的痛点和机会


没有加氢站,就无法进行燃料电池汽车的推广,因此港口氢车运营必须得建加氢站,加氢站是难点。实现氢车港口运营需要打通哪些核心关隘?肖森林总结的3点要素都跟加氢站有关。
  
首先是加氢站相关政策制度有待完善。
 
其次是加氢站的审批、建设复杂,建设周期长。目前加氢站落地难的主要原因是政策制度不完善,导致审批难。根据相关报道,一个加氢站从最开始的项目选址到最终的经营管理等六大环节需要16个部门审计,审计流程达到29项。
 
第三点是加氢站建设复杂,对于固定式加氢站1000公斤级别,占地面积在2000—4000平方米需要压缩机、加注设备、冷却设备等,建设复杂,建设周期长,成本高,同时一线城市土地资源稀缺,合适的建站土地是一个大问题。
 
那么,氢时代为何会选择港口这个运营场景?港口又有哪些特殊的属性,能够成为氢车示范的突破口?
 
肖森林总结了2点,其一是在港口开展燃料电池重卡的示范运用有售后的优势。因为港口是封闭式和固定式运营路线,可以对售后进行一个集中的服务,可以快速的处理问题,从而有效降低售后的成本。
 
其二是港口的运营环境和距离比较适合氢能重卡的低速运行。实地运营经验显示,新能源汽车在速度区间25—50km/h时能耗最低,而港口运营的速度范围大多数是小于40km/h,适宜于燃料电池重卡的应用。
 

氢时代的港口运营经验


了解了港口运营的痛点和未来的市场机遇,但要真正做好实际的落地,需要做好哪些方面的工作呢?肖森林在演讲中重点介绍了氢时代的经验。
 
自从天津港发生重大事故之后,港口的安全性至关重要,为了能够进入深圳盐田港进行氢能重卡试运营,氢时代前后参加的会议就多达30多场。除此之外,公司还做了大量的准备工作。开展了进港前培训,准备了多项应急预案,并进行了侧翻事故演练、氢气泄露事故演练和漏电起火事故演练等。
 
为了确保整车的安全性,氢时代还对整车进行了功能升级,增加了360度摄像头,增加了氢气泄露的预警功能。
 
在深圳盐田港为期一个月的实地运营测试中,氢时代配套载重40吨的氢能重卡进行动力性、制动性、爬坡性等性能测试,各项性能指标满足港内需求,在此过程中获得了大量的第一手数据和经验。
 
其中针对港口运营环境的反馈如下:其一是港口路面复杂,车辆在振动过程中容易引发车辆部分零部件失效,对燃料电池系统带来新的挑战;其二是港口气候条件复杂,盐雾环境下对燃料电池系统零部件容易形成腐蚀危害。
 
针对氢耗以及工况特征的反馈如下:通过搜集了信号的数据,并进行统计分析发现,港口运营的载重40吨氢能重卡百公里氢耗平均值为7.81公斤。
 
此外,氢时代通过对港口的工况特征、路谱特征进行采集与提取及积累了基础数据库,以指导控制策略的制定,和结构设计方面如何考虑振动冲击的影响等。
 
正是基于港口实地的运营实践,氢时代总结出氢燃料电池发动机研发的几个核心要素:


1、 全功率燃料电池。当前燃料电池重卡为大动力电池+小燃料电池动力系统构型,下一步将向全功率燃料电池发展。
 
2、 长寿命设计。核心零部件及系统高度集成,降低系统的复杂度,对易失效部件采用高安全系统设计,优化控制策略,提升各子功能部件对燃料电池系统载荷变化运行特点的适应性,实时保证系统的最优工作条件。
 
3、 高可靠性设计。沿用传统动力总成的设计方法,导入FEMA设计思路,强化零部件的可靠性设计理念和失效模式分析。电解系统也更加注重EMC的影响,全面考虑系统的防尘、防水以及NVH特性,提高整个系统的鲁棒性。
 
4、 环境适应性增强设计。针对低温、高温、盐雾等严苛环境以及高强度使用场景,重点考虑密封、老化、腐蚀、自清洗、水热管理等,提升系统的环境适应性。

最后,肖森林汇报了氢时代最新研发的燃料电池系统产品产品:QSD—150。该系统的额定功率达到150.7kW,质量功率密度达到630W/kg,寿命可达20000小时以上,其后期技术团队还将持续优化,力争做到质量功率密度达到700W/kg以上。
 
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从设计思路来看,该产品充分采用无源BOP设计及多合一集成设计的方式,并以平台化、模块化为开发理念,国产化零部件使用率达到95%以上,从而有效降低零部件的成本,提高系统效率。该系统产品的集成度高,功率密度高,启动和响应的速度也比较迅速。并且基于数据积累的环境适应性设计,对系统的振动控制装置进行优化,对低温冷启动的功能进行冗余设置,对系统的腐蚀、耐久进行特殊考量,可广泛应用于重型车辆、工程机械、船舶、固定式发电、备用电源等场景。 



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